先问一个更基本的问题:宇宙有多大?
要谈"别的宇宙",得先搞清楚一件事:我们说的"宇宙",到底指哪一块?答案比你以为的讲究得多。
举起手机拍一张夜空,你拍到的不只是"远处的星星",而是"过去的时间"。光速是有限的——每秒约三十万公里,在天文尺度上慢得可怜。月亮的光到地球要走一秒多,太阳的光走八分钟,肉眼可见最远的仙女座星系,光走了两百五十万年。也就是说,你看到的仙女座,是它两百五十万年前的样子;它"现在"长什么样,原则上没人知道。
把这个逻辑推到头:宇宙大约诞生于 138 亿年前,那么我们能收到的最古老的光,就是跑了 138 亿年的光。再远的地方,光还没来得及到我们这儿——那里的信息我们原则上收不到。这个"收得到信息的范围",叫可观测宇宙(observable universe),它的边缘叫视界(horizon,边界的意思,和地平线同一个词根)。
大白话:可观测宇宙不是宇宙的围墙,而是我们的"视力范围"。就像海上的人只能看到地平线以内——不是海到那里就没了,是光看不了更远。
一个反直觉的数字:930 亿光年
按上面的说法,可观测宇宙的半径应该是"光速 × 138 亿年 = 138 亿光年",对吗?不对。实际数字是约 465 亿光年,整个可观测宇宙直径约 930 亿光年。
多出来的部分从哪来?来自一个工程师很熟悉、日常直觉里没有的现象:空间本身在膨胀。那束最古老的光出发的时候,发出它的那个星系离我们还很近;光向我们飞的同时,我们之间的空间像发酵的面团一样在胀大,等我们收到光,那个星系已经被"面团"带到了 465 亿光年外。光跑的里程只有 138 亿光年,但发件人的现住址远得多。
这个细节值得停下来想清楚,因为它纠正一个最常见的误解:大爆炸不是空间里的一次爆炸,而是空间本身的膨胀。爆炸是从一个中心向外飞溅,有中心有边缘;空间膨胀是面团里的每颗葡萄干都觉得别的葡萄干在远离自己,没有中心,也没有"边缘外面是空的"这回事。后面所有章节都要用到这个图景。
视界外面是什么
现在到了关键一步。视界外面的东西我们永远看不到,那物理学家凭什么说它存在?
凭一条极其朴素、却是整个宇宙学地基的假设:宇宙学原理(cosmological principle)——在足够大的尺度上,宇宙到处都差不多,我们所在的位置不特殊。这不是信仰,是有观测撑腰的:把望远镜转向任何方向,数星系的密度、测宇宙微波背景辐射的温度,各个方向上的一致性高得惊人。我们这块空间的物理定律、星系分布、元素成分,没有任何迹象表明"到这里就特殊了"。
于是一个几乎无法回避的推论:视界外面没有理由和视界里面不一样。那边应该也是星系、恒星、行星,一直延伸下去。视界对我们来说像信息的黑幕,但对住在那边"另一个可观测宇宙"里的人来说,我们才是黑幕后面的部分——而且他们的视界和我们的会有大块重叠,就像两个相邻村子里的人,各自看得见对方的一半麦田。
大白话:可观测宇宙有边界,宇宙没有——至少没有任何证据表明它有。视界是"我们的极限",不是"世界的尽头"。
这一章解决了什么,留下了什么
到这里我们有了一个干净的结论:宇宙几乎肯定比我们能看到的部分大得多,视界之外是"更多同样的东西"。但"大得多"到底是多大?一亿倍?无限?
这个问题决定了一切。如果空间只是"非常大但有限",那后面的故事都不成立;如果空间是无限的,一件惊人的事立刻自动成立——不用任何新物理,只用排列组合。下一章我们就来算这笔账:在无限的空间里,为什么"另一个你"不仅可能存在,而且必然存在,甚至能算出他离你大概多远。